PCB ออกแบบวิธีการกำหนดเส้นทางสัญญาณอินพุตแบบอะนาล็อกความเร็วสูง

ยิ่งความกว้างของเส้นกว้างขึ้น ความสามารถในการป้องกันการรบกวนก็จะยิ่งแข็งแกร่งและคุณภาพของสัญญาณก็จะยิ่งดีขึ้น (อิทธิพลของเอฟเฟกต์ผิวหนัง) แต่ในขณะเดียวกัน ต้องรับประกันข้อกำหนดของอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ 50Ω บอร์ด FR4 ปกติ อิมพีแดนซ์ความกว้างของเส้นพื้นผิว 6MIL คือ 50Ω เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดด้านคุณภาพสัญญาณของอินพุตแบบอะนาล็อกความเร็วสูง ดังนั้นเราจึงใช้ GND02 แบบกลวงและปล่อยให้อ้างอิงถึงเลเยอร์ ART03 ด้วยวิธีนี้ สัญญาณส่วนต่างสามารถนับเป็น 12/10 และเส้นเดียวสามารถนับเป็น 18MIL (โปรดทราบว่าความกว้างของเส้นเกิน 18MIL แล้วการขยับขยายไม่มีความหมาย)

วิธีการและกฎการกำหนดเส้นทางสัญญาณอินพุตแบบอะนาล็อกความเร็วสูง PCB

CLINE ที่ไฮไลต์ด้วยสีเขียวในรูปหมายถึงอินพุตอะนาล็อกความเร็วสูงแบบบรรทัดเดียวและส่วนต่างของเลเยอร์ ART03 ขณะดำเนินการดังกล่าว จะต้องจัดการกับรายละเอียดบางอย่าง:

(1) จำเป็นต้องบรรจุส่วนการจำลองของเลเยอร์ TOP ดังแสดงในรูปด้านบน ควรสังเกตว่าระยะห่างจากทองแดงกราวด์ไปยังอินพุตอะนาล็อก CLINE ต้องเป็น 3W นั่นคือ AIRGAP จากขอบทองแดงถึง CLINE นั้นเป็นสองเท่าของความกว้างของเส้น ตามการคำนวณและการจำลองตามทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าของสายสัญญาณบน PCB ส่วนใหญ่จะกระจายอยู่ในช่วง 3W (สัญญาณรบกวนจากสัญญาณรบกวนรอบข้างมีค่าน้อยกว่าหรือเท่ากับ 1%)

(2) ทองแดง GND ของชั้นบวกของพื้นที่แอนะล็อกยังต้องแยกออกจากพื้นที่ดิจิตอลโดยรอบ กล่าวคือ ทุกชั้นจะถูกแยกออก

(3) สำหรับการเจาะรู GND02 เรามักจะเจาะพื้นที่นี้ทั้งหมด ดังนั้นการดำเนินการจึงค่อนข้างง่ายและไม่มีปัญหา แต่เมื่อพิจารณารายละเอียดหรือเพื่อให้ดีขึ้น เราสามารถเจาะส่วนการเดินสายอินพุตแบบอะนาล็อกได้เท่านั้น ซึ่งแน่นอนว่าเหมือนกับเลเยอร์ TOP ซึ่งเป็นพื้นที่ 3W สิ่งนี้สามารถรับประกันคุณภาพของสัญญาณและความเรียบของบอร์ดได้ ผลการประมวลผลมีดังนี้:

วิธีการและกฎการกำหนดเส้นทางสัญญาณอินพุตแบบอะนาล็อกความเร็วสูง PCB

ด้วยวิธีนี้ เส้นทางกลับของสัญญาณอินพุตแบบอะนาล็อกความเร็วสูงสามารถปรับเปลี่ยนได้อย่างรวดเร็วบนเลเยอร์ GND02 นั่นคือเส้นทางกลับพื้นดินจำลองจะสั้นลง

(4) เจาะ GND Vias จำนวนมากรอบสัญญาณแอนะล็อกความเร็วสูงอย่างไม่สม่ำเสมอเพื่อให้สัญญาณแอนะล็อกไหลกลับอย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ยังสามารถดูดซับเสียง

การออกแบบ PCB กฎการกำหนดเส้นทางสัญญาณอินพุตแบบอะนาล็อกความเร็วสูง

กฎข้อที่ 1: กฎการป้องกันการกำหนดเส้นทางสัญญาณ PCB ความเร็วสูง ในการออกแบบ PCB ความเร็วสูง การกำหนดเส้นทางของสายสัญญาณความเร็วสูงที่สำคัญ เช่น นาฬิกาจำเป็นต้องได้รับการป้องกัน หากไม่มีเกราะป้องกันหรือเพียงบางส่วนก็จะทำให้ EMI รั่วไหลได้ ขอแนะนำให้ต่อสายดินที่หุ้มฉนวนไว้ด้วยรูต่อ 1000 mil

วิธีการและกฎการกำหนดเส้นทางสัญญาณอินพุตแบบอะนาล็อกความเร็วสูง PCB

กฎข้อที่ 2: กฎวงปิดการกำหนดเส้นทางสัญญาณความเร็วสูง

เนื่องจากความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นของบอร์ด PCB วิศวกร PCB LAYOUT จำนวนมากจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อผิดพลาดในกระบวนการกำหนดเส้นทาง กล่าวคือ เครือข่ายสัญญาณความเร็วสูง เช่น สัญญาณนาฬิกา ซึ่งให้ผลลัพธ์แบบวงปิดเมื่อกำหนดเส้นทาง PCB แบบหลายชั้น อันเป็นผลมาจากวงจรปิดดังกล่าวจะสร้างเสาอากาศแบบวงซึ่งจะเพิ่มความเข้มของการแผ่รังสีของ EMI

วิธีการและกฎการกำหนดเส้นทางสัญญาณอินพุตแบบอะนาล็อกความเร็วสูง PCB

กฎข้อที่ 3: กฎการวนรอบการกำหนดเส้นทางสัญญาณความเร็วสูง

กฎข้อที่ 2 ระบุว่าวงปิดของสัญญาณความเร็วสูงจะทำให้เกิดการแผ่รังสี EMI แต่วงเปิดก็จะทำให้เกิดการแผ่รังสี EMI ด้วย

เครือข่ายสัญญาณความเร็วสูง เช่น สัญญาณนาฬิกา เมื่อผลลัพธ์แบบ open-loop เกิดขึ้นเมื่อกำหนดเส้นทาง PCB แบบหลายชั้น เสาอากาศเชิงเส้นจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งจะเพิ่มความเข้มของรังสี EMI

วิธีการและกฎการกำหนดเส้นทางสัญญาณอินพุตแบบอะนาล็อกความเร็วสูง PCB

กฎข้อที่ 4: กฎความต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ลักษณะของสัญญาณความเร็วสูง

สำหรับสัญญาณความเร็วสูง อิมพีแดนซ์เฉพาะจะต้องมีความต่อเนื่องเมื่อสลับระหว่างเลเยอร์ มิฉะนั้นจะเพิ่มการแผ่รังสี EMI กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความกว้างของการเดินสายของชั้นเดียวกันจะต้องต่อเนื่อง และอิมพีแดนซ์ของการเดินสายของชั้นต่างๆ จะต้องต่อเนื่องกัน

วิธีการและกฎการกำหนดเส้นทางสัญญาณอินพุตแบบอะนาล็อกความเร็วสูง PCB

กฎข้อที่ 5: กฎทิศทางการเดินสายไฟสำหรับการออกแบบ PCB ความเร็วสูง

การเดินสายระหว่างสองชั้นที่อยู่ติดกันต้องเป็นไปตามหลักการของการเดินสายแนวตั้ง มิฉะนั้นจะทำให้เกิดการแทรกสอดระหว่างเส้นและเพิ่มการแผ่รังสี EMI

กล่าวโดยสรุป ชั้นการเดินสายที่อยู่ติดกันจะเป็นไปตามทิศทางการเดินสายแนวนอนและแนวตั้ง และการเดินสายแนวตั้งสามารถระงับการครอสทอล์คระหว่างเส้นได้

วิธีการและกฎการกำหนดเส้นทางสัญญาณอินพุตแบบอะนาล็อกความเร็วสูง PCB

กฎข้อที่ 6: กฎโครงสร้างทอพอโลยีในการออกแบบ PCB ความเร็วสูง

ในการออกแบบ PCB ความเร็วสูง การควบคุมคุณสมบัติความต้านทานของแผงวงจรและการออกแบบโครงสร้างทอพอโลยีภายใต้สภาวะโหลดหลายตัวจะกำหนดความสำเร็จหรือความล้มเหลวของผลิตภัณฑ์โดยตรง

รูปภาพแสดงโทโพโลยีแบบสายโซ่เดซี่ ซึ่งโดยทั่วไปจะมีประโยชน์เมื่อใช้ในช่วงความถี่ไม่กี่เมกะเฮิรตซ์ ขอแนะนำให้ใช้โครงสร้างสมมาตรรูปดาวที่ส่วนหลังในการออกแบบ PCB ความเร็วสูง

วิธีการและกฎการกำหนดเส้นทางสัญญาณอินพุตแบบอะนาล็อกความเร็วสูง PCB

กฎข้อที่ 7: กฎเรโซแนนซ์ของความยาวการติดตาม

ตรวจสอบว่าความยาวของสายสัญญาณและความถี่ของสัญญาณมีการสั่นพ้องหรือไม่ นั่นคือ เมื่อความยาวของสายไฟเป็นจำนวนเต็มทวีคูณของความยาวคลื่นสัญญาณ 1/4 การเดินสายจะสะท้อน และการสั่นพ้องจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และก่อให้เกิดการรบกวน